[發明專利]帶浮動地基的局部變槳距風力渦輪機

有效

• 申請號: 201310672312.2
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103925151A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 邁克爾·弗里德里希;A·V·雷布斯多夫
• 申請（專利權）人: 遠景能源（江蘇）有限公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;F03D7/02;B63B35/44
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 李德魁

技術領域

本發明涉及一種風力渦輪機，包括：

‐風力渦輪機塔架，其具有頂部和底部；

‐機艙，該機艙設置在風力渦輪機塔架頂部；

‐轉子輪轂，該轉子輪轂可轉動地安裝至機艙；

‐一片或更多風力渦輪機葉片，該葉片安裝至轉子輪轂，其中風力渦輪機葉片構成旋轉平面；以及

‐浮動地基，該地基具有上部，設置為安裝至風力渦輪機塔架的底部，其中該地基具有浮體，并設置為安裝在具有預定水深的離岸位置。

本發明還涉及一種控制風力渦輪機的方法，包括一片或更多風力渦輪機葉片，該葉片安裝至轉子輪轂，該輪轂緊接著可旋轉地安裝至機艙，該機艙設置在風力渦輪機塔架的頂部，該塔架緊接著安裝至具有浮體的浮動地基上，其中風力渦輪機葉片在平均風速大于第一風速時調整槳距角。

背景技術

眾所周知，在岸上或離岸位置安裝風力渦輪機，通常將風力渦輪機成組設置，使得風力渦輪機產生盡可能多的能量。近年來，風力渦輪機的高度和大小與這類大型風力渦輪機所能產生的功率輸出一起提升了。由于功率輸出與風力渦輪機葉片的大小和長度成正比，因此這些葉片的大小和長度以及風力渦輪機塔架的高度也增大了。現今，由于噪音限制和其他因素，對在離岸位置安置這類大型風力渦輪機提出了更高的要求。

離岸風力渦輪機一般安裝在離岸地基（有時稱為沿岸地基）上，該地基通過單極鉆入海床或者依靠重物或三腳架地基固定至海床。然而，這類地基很貴而且只能用于40米或更淺的水深處。具有一個或三個浮力腔的浮動地基一般用于更深的水域；然而，這類浮動地基通常很貴，并且非常龐大笨重，因為它們需要為風力渦輪機提供穩定的平臺。作用在旋轉平面上風的推力（有時稱為風推力或轉子推力）取決于來風的密度，并且在決定這種浮動地基即浮動體的大小和重量時，這是一個重要的因素。

離岸風力渦輪機受制于風廓線，該風廓線與陸地的風廓線不同。離岸風廓線具有比陸上風廓線更恒定、更高速的平均風速。陸上風廓線經常遭遇風切變和湍流，這些降低了平均風速。此外，浮動地基還要承受洋流和海浪運動的推力以及作用在地基水下部分的靜水推力。由于各種作用在該結構上的推力，風力渦輪機的傾斜或角旋轉會導致風力渦輪機搖擺不定，這成為了風速超過10至14米/秒，例如12米/秒（也稱為額定功率）時的主要問題。

失速調節型風力渦輪機容易受來風密度的影響，來風密度在冬夏之間會發生變化，并且在一定的風速的額定功率下，湍流會出現在葉片的上風側，導致失速，并由此導致載荷量和振動量的增加。由于這類風力渦輪機作為離岸區域的技術方案是很大、重且貴的，因此不是優選技術方案。此外，風作用在這類風力渦輪機上的推力或載荷會影響額定功率的情況，這會導致風力渦輪機葉片周圍出現湍流。這使得風力渦輪機承受顯著的風暴載荷和應力，造成風力渦輪機失效。在極高風速或陣風的情況下，風力渦輪機承受的載荷和應力將成倍增加。這要求風力渦輪機建造或限定至足以承受這種高載荷和應力。為了達到國際電工委員會定義的等級要求，風力渦輪機生產商通常增加強化材料和/或增加該結構各部分的大小和強度。這隨之增加了這類風力渦輪機的生產成本。這類風力渦輪機使得風力渦輪機的效率不受控。

用于離岸區域的槳距調節型風力渦輪機一般將整片風力渦輪機葉片調整槳距角以傾向或逆向風向，使得在額定功率情況下保持相對恒定的功率輸出。當風力渦輪機葉片調整槳距角以至逆向風向時，作用在轉子輪轂的推力減小，并當風力渦輪機葉片調整槳距角以傾向風向時，推力增大。這造成風力渦輪機相對該結構的重心重復地傾斜或成角度地旋轉，當風力渦輪機安置在浮動地基時，這是一個重大的問題。當風力渦輪機朝向風傾斜時，會產生額外風，從而增加了擊中旋轉平面的相對風。當風力渦輪機向后傾斜離開風時，其會隨風移動，從而減少擊中旋轉平面的相對風。這意味著，如果風力渦輪機安置在浮動地基，會看到擊中風力渦輪機的相對風的重復變化，即使來風的風速是恒定的。這些風力渦輪機上的負面的阻尼振蕩可具有顯著的自我增強效果，這會翻倒該結構或引致該結構失效。